PH2011 Streumethoden in der molekularen Biophysik

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

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PH2011 ist ein Semestermodul in Deutsch und Englisch auf Master-Niveau das in jedem Semester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge.
  • Fokussierungsrichtung Bildgebende Verfahren im M.Sc. Biomedical Engineering and Medical Physics
  • Katalog der M.Sc. Physik für Austauschstudierende

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungUmfang (ECTS)
150 h60 h5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2011 in der Version 2017s ist Achterhold, Klaus.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

  1. Elastische Röntgenstreuung am Elektron, Atom, Molekül und an Proteinkristallen
  2. Phasenproblem der Röntgenstrukturanalyse und Lösungsverfahren
  3. statische Strukturverteilung und Dynamik von Biomolekülen
  4. diffuse Streuung
  5. zeitaufgelöste Röntgenstrukturanalyse mit der Laue-Methode
  6. elastische und inelastische Neutronenstreuung
  7. Kleinwinkelstreuung
  8. Erzeugung und Detektion von Röntgenstrahlung und Neutronen

Nach der erfolgreichen Teilnahme an diesem Modul beherrschen die Studierenden die Kristallstruktur­analyse mit Röntgenstrahlung und Neutronen als komplementäre Methoden. Für sie ist der reziproke Raum ein Werkzeug zur einfachen und schnellen Visualisierung von Streuprozessen. Die Studierenden verstehen die Bedeutung der Energieauflösung einer Streumethode, den Unterschied zwischen statischer Verteilung und dynamischer Auslenkung von Molekülteilen, von Strukturverteilung und Strukturrelaxation.

Es sind keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

In der Vorlesung wird erläutert, wie durch die kohärente Streuung von Röntgenstrahlung und von Neutronen die dreidimensionale Struktur von Biomolekülen wie Proteinen oder DNA erhalten werden kann. Dabei wird auf die Erzeugung von Röntgenstrahlung und Neutronen, ihre spezifische Wechselwirkung mit der Probe und ihre Detektion eingegangen. Eine aktive Beteiligung der Studierenden in Form von Fragen, Kommentaren und Diskussionen ist dabei ausdrücklich erwünscht. Das Gebiet wird durch Übungen vertieft in denen das Erlernte in Form von Berechnungen angewandt wird.

Die Inhalte der Lehrveranstaltung werden als PowerPoint Folien präsentiert. Ergänzungen werden entweder direkt in die Folien oder an die Tafel geschrieben. Eine pdf-Version des Inhalts ohne Ergänzungen ist jeweils kurz vor Vorlesungsbeginn auf Moodle abrufbar.

Powerpoint Präsentation; Whiteboard; Skript; Laborbesuch; Übungsaufgaben

  • Tilman Butz
    Fourier Transformation for Pedestrians, Springer Publishing, 2015
    https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-16985-9
  • Jan Drenth
    Principles of X-ray protein crystallography, Springer Publishing, 2007
    https://link.springer.com/book/10.1007/0-387-33746-6
  • Jens Als-Nielsen & Des McMorrow
    Elements of Modern X-ray Physics (2nd ed.), Wiley, 2011 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119998365

Modulprüfung

Es findet eine mündliche Prüfung von 25 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • • Skizzieren Sie den Aufbau eines Undulators/Wigglers und erläutern Sie die Spektren der emittierten Synchrotronstrahlung.
  • • Was ist das Phasenproblem der Röntgenstrukturanalyse und wie kann es gelöst werden?
  • • Was erreicht man durch die Deuterierung bei der Neutronenstrukturanalyse?

Während der Prüfung sind keine Hilfsmittel erlaubt.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.